DE19629398A1 - Wälzlager, insbesondere für die Luft- und Raumfahrt - Google Patents

Wälzlager, insbesondere für die Luft- und Raumfahrt

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DE19629398A1
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Werner Trojahn
Edgar Streit
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IHO Holding GmbH and Co KG
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FAG Aircraft Super Precision Bearing GmbH
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2326/00—Articles relating to transporting
    • F16C2326/47—Cosmonautic vehicles, i.e. bearings adapted for use in outer-space

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Description

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Wälzlager sind extremen Bedingungen ausgesetzt, wie z. B. Mangelschmierung, hohen Umfangsspannungen, sehr hohen Drehzahlen und Temperaturen. Außerdem müssen die Lager rostfrei sein und eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen.
Dadurch war bisher bei Verwendung herkömmlicher Wälzlagerstähle deren Einsatz begrenzt und die Lager erreichten nur eine kurze Lebensdauer.
Die unterschiedlichen Anforderungen an den Werkstoff ergeben zum Teil einander gegenläufige Maßnahmen. So ist z. B. die Forderung nach Korrosionsbeständigkeit durch Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt zu lösen, aber mit dem Nachteil verknüpft, daß diese Stähle eine geringere Oberflächenhärte aufweisen. Entsprechend hochlegierte Stähle, wie z. B. der AISI 440 C, sind zwar begrenzt korrosionsbeständig und weisen eine ausreichende Härte auf, haben aber große Karbide im Gefüge. Diese Karbide stellen allerdings Schwachstellen im Gefüge dar, die sich lebensdauermindernd auswirken.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Wälzlager der eingangs genannten Art aufzuzeigen, das die vorgenannten Anforderungen erfüllt, also Mangelschmierung, hohe Umfangsspannungen, sehr hohe Drehzahlen und Temperaturen aushält, rostfrei ist und eine hohe Verschleißfestigkeit und damit eine lange Lebensdauer aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Eine vorteilhafte Ausführung ist in Anspruch 2 angegeben.
Durch die Verwendung eines druckumgeschmolzenen rostfreien Stahls der genannten Zusammensetzung und der speziellen Wärmebehandlung wird der Einsatzbereich dieser Wälzlager und deren Gebrauchsdauer erheblich erweitert.
Die Verwendung von Keramikwälzkörpern aus Siliziumnitrid reduziert die Fliehkraft bei hohen Drehzahlen und entlastet das Lager von diesen Beanspruchungen.
Ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Wälzlagers weist folgende Werkstoffzusammensetzung auf:
Grundwerkstoff druckumgeschmolzenes Eisen (Fe) mit
einem Kohlenstoffgehalt (C) von 0,30%
einem Stickstoffgehalt von 0,36%
einem Chromgehalt (Cr) von 16,00%
und einem Molybdängehalt (Mo) von 1,00%.
Der aus diesem Werkstoff bestehende Laufring wurde bei einer Temperatur von 1150°C ca. 8 Stunden in einer Stickstoffatmosphäre aufgestickt, d. h. in die Oberfläche sind Stickstoffatome eindiffundiert und haben die chemischen Eigenschaften verändert. Durch ein Weichglühen bei 870°C/3 Std. sowie eine anschließende Erhitzung auf 1050°C wurde das Gefüge austenitisiert, anschließend in Öl abgeschreckt und bei 550°C angelassen. Der Laufring hatte danach eine Härte von 63 HRC in der Laufbahn und eine Kernhärte von 52 HRC sowie Druckeigenspannung.
Ein anderer Laufring aus diesem Werkstoff wurde bei einer Temperatur von 930°C ca. 16 Stunden in einer Kohlenstoffatmosphäre aufgekohlt, d. h. in die Oberfläche sind Kohlenstoffatome eindiffundiert und haben die chemischen Eigenschaften verändert. Durch ein anschließendes Weichglühen (870°C/3 Std.) und erneute Erhitzung auf 1050°C wurde das Gefüge austenitisiert, anschließend in Öl abgeschreckt und bei 525°C angelassen. Der Laufring hatte danach eine Härte von 66 HRC in der Laufbahn und eine Kernhärte von 45 HRC sowie Druckeigenspannung.
Fig. 1 zeigt ein Gefügeschliffbild eines Laufrings nach dem Beispiel 2.
Darin sind deutlich die Oberflächenveränderungen zu erkennen, welche in der Oberfläche eine Druckeigenspannung verursachen.

Claims (2)

1. Wälzlager, insbesondere für die Luft- und Raumfahrt, bestehend aus mindestens einem oder zwei Innenringen, einem Außenring und dazwischen angeordneten Wälzkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Ringe aus einem druckumgeschmolzenem rostfreien Stahl mit einem Legierungsgehalt von mindestens
einem Kohlenstoffgehalt von 0,15%-0,50%
einem Stickstoffgehalt von 0,2%-0,5%
einem Chromgehalt von 13%-17%
einem Molybdängehalt von mindestens 0,5% gefertigt ist,
dessen Oberfläche durch Eindiffundieren von Kohlenstoff und/oder Stickstoff bei Temperaturen über 600°C (1100°F) chemisch verändert ist, wobei der gesamte Querschnitt des Ringes einer nachfolgenden Wärmebehandlung (Härten, Abkühlen und Anlassen) unterzogen wird, so daß die Oberfläche der Laufbahn eine Härte von mindestens 61 HRC und Druckeigenspannungen aufweist und der Kern des Ringes eine Härte von 20-56 HRC besitzt.
2. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper aus Stahl oder Siliziumnitrid gefertigt sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10019516A1 (de) * 2000-04-20 2001-10-31 Hoehn Bernd Robert Zahnräder aus korrosionsbeständigen Stahl
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